Дан ряд с общим членом a_n = (-1)^n/(sqrt(n)+1). Исследуйте его на сходимость, укажите применимые критерии и объясните тонкости, которые влияют на выбор критерия

18 Ноя в 17:19
5 +2
0
Ответы
1
Рассмотрим ряд ∑n=1∞an\sum_{n=1}^\infty a_nn=1 an , где an=(−1)nn+1\displaystyle a_n=\frac{(-1)^n}{\sqrt{n}+1}an =n +1(1)n .
1) Признак Лейбница (чередующийся ряд). Пусть bn=1n+1>0b_n=\dfrac{1}{\sqrt{n}+1}>0bn =n +11 >0. Функция f(x)=(x+1)−1f(x)=(\sqrt{x}+1)^{-1}f(x)=(x +1)1 имеет производную
f′(x)=−12x (x+1)2<0(x>0), f'(x)=-\frac{1}{2\sqrt{x}\,(\sqrt{x}+1)^2}<0\quad(x>0),
f(x)=2x (x +1)21 <0(x>0),
следовательно bnb_nbn монотонно убывает, и
lim⁡n→∞bn=lim⁡n→∞1n+1=0. \lim_{n\to\infty} b_n=\lim_{n\to\infty}\frac{1}{\sqrt{n}+1}=0.
nlim bn =nlim n +11 =0.
Условия признака Лейбница выполнены, значит ряд сходится.
2) Абсолютная сходимость. Рассмотрим ряд положительных членов ∑bn=∑1n+1\sum b_n=\sum \dfrac{1}{\sqrt{n}+1}bn =n +11 . Сравним с 1/n1/\sqrt{n}1/n :
lim⁡n→∞1/(n+1)1/n=lim⁡n→∞nn+1=1. \lim_{n\to\infty}\frac{1/(\sqrt{n}+1)}{1/\sqrt{n}}=\lim_{n\to\infty}\frac{\sqrt{n}}{\sqrt{n}+1}=1.
nlim 1/n 1/(n +1) =nlim n +1n =1.
Так как ряд ∑1/n\sum 1/\sqrt{n}1/n (p‑ряд с p=12p=\tfrac12p=21 ) расходится, то по предельному признаку сравнения ряд ∑bn\sum b_nbn тоже расходится. Следовательно исходный ряд не абсолютно сходится.
Вывод: ряд сходится условно (сходится по Лейбницу, но не абсолютно).
Дополнительные тонкости: для применения Лейбница достаточно монотонности bnb_nbn лишь начиная с некоторого NNN (не обязательно с n=1n=1n=1); если монотонность отсутствует, можно пробовать признаки Дирихле или Абеля. Оценка остатка для Лейбница: для суммы SSS и частичной суммы SNS_NSN верно ∣S−SN∣≤bN+1=1N+1+1 |S-S_N|\le b_{N+1}=\dfrac{1}{\sqrt{N+1}+1}SSN bN+1 =N+1 +11 .
18 Ноя в 17:27
Не можешь разобраться в этой теме?
Обратись за помощью к экспертам
Гарантированные бесплатные доработки в течение 1 года
Быстрое выполнение от 2 часов
Проверка работы на плагиат
Поможем написать учебную работу
Прямой эфир